پديد آورندگان :
واعظي، عليرضا دانشگاه زنجان - گروه علوم خاك , رحمتي، سعيد دانشگاه زنجان - گروه علوم خاك , رحمتي، سعيد دانشگاه زنجان - گروه علوم خاك , بيات، حسين دانشگاه زنجان - گروه علوم خاك
كليدواژه :
پايداري خاكدانه به‌ازاي جرم , روش آزمون قطرهي آب , روش الك تر , روش الك خشك , زنجان
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: پايداري خاكدانه يك شاخص فيزيكي مهم براي بيان حساسيّت خاك‌ها به فرسايش مي‌باشد. بسته به اندازه‌ي خاكدانه، پايداري خاكدانه مي‌تواند دچار تغيير شود. برخي روش‌ها شامل الك خشك، الك تر و رهاسازي قطرهي آب، به‌طور رايج براي ارزيابي پايداري خاكدانه‌ها در سراسر دنيا مورد استفاده قرار مي‌گيرند. شاخص ميانگين وزني قطر خاكدانه‌هاي پايدار در هر دو روش الك خشك و الك تر مورد استفاده قرار مي‌گيرد و در روش آزمون قطرهي آب، تعداد قطرهي مورد نياز براي تخريب خاكدانه تعيين مي‌شود. اين شاخص‌ها تنها براي ارزيابي پايداري خاكدانه در نمونه‌هاي خاكدانهي با اندازه‌ي يكسان انجام مي‌شود. بنابراين استفاده از اين شاخص‌ها در نمونه‌هاي خاكدانهي با اندازه‌ي مختلف ممكن است سبب برخي از خطاها در ارزيابي حساسيّت خاك به فرسايش شود. بنابراين، اين مطالعه به‌منظور ارائه‌ي شاخص مناسب پايداري خاكدانه براي اندازههاي خاكدانه در برابر فرسايش بين‌شياري در يك نمونه خاك منطقه‌ي نيمه‌خشك انجام گرفت. مواد و روش‌ها: چهار كلاس اندازه‌ي خاكدانه شامل كوچك‌تر از 2، 2 تا 4، 4 تا 8 و 8 تا 11 ميلي‌متر از يك خاك كشاورزي با بافت لوم رسي در غرب زنجان، واقع در شمال غرب ايران جمع‌آوري شد. حدود 600 كيلوگرم نمونه از هر اندازه‌ي خاكدانه از عمق صفر تا 30 سانتي‌متر با استفاده از الك‌هاي مربوطه از زميني كشاورزي از حجمي معادل 10 مترمكعب خاك برداشت شد. نمونه‌هاي خاكدانه به كرت‌هايي با ابعاد 120 سانتي‌متر در 130 سانتي‌متر تحت شيب 9 درصد منتقل شدند. در مجموع 12 كرت با استفاده از طرح بلوك‌هاي كامل تصادفي براي چهار كلاس اندازه‌ي خاكدانه با سه تكرار مورد بررسي قرار گرفت. كرت‌ها در معرض هفت رخداد باران شبيه‌سازي شده با شدّت يكسان 70 ميلي‌متر بر ساعت به‌مدّت 30 دقيقه با فواصل زماني هفت روز قرار گرفتند. در پايان هر رخداد مقدار هدررفت خاك هر اندازه‌ي خاكدانه اندازه‌گيري شد. پايداري خاكدانه در برابر ضربه‌ي مكانيكي (MWDdry)، خيس شدن در آب (MWDwet) و ضربه‌ي قطرهي آب (WDT) به‌ترتيب با استفاده از روش‌هاي الك خشك، الك تر و رهاسازي قطرهي آب براي هر كلاس اندازه خاكدانه تعيين شد. به‌علاوه پايداري خاكدانه به‌ازاي جرم خاكدانه به‌ترتيب براي هر سه روش با شاخص‌هاي MWDdry-m، MWDwet-m و WDTm بيان شد. در كنار آن، ساير ويژگي‌هاي فيزيكي و شيميايي شامل توزيع اندازه‌ي ذرات، سنگ‌ريزه، چگالي ظاهري، ضريب آب‌گذري اشباع، كربن آلي و كربنات كلسيم در آزمايشگاه اندازه‌گيري شدند.
يافته‌ها: بر اساس نتايج، هم‌بستگي مثبت معني‌دار بين اندازه‌ي خاكدانه و پايداري خاكدانه اندازه‌گيري شده با روش‌هاي خشك (0/99=r)، الك تر (0/89=r) و آزمون قطرهي آب (0/93=r) وجود داشت. با افزايش اندازه‌ي خاكدانه، پايداري خاكدانه بر اساس اين روش‌ها، افزايش يافت. با اين وجود ارزيابي پايداري خاكدانه به‌ازاي جرم خاكدانه نشان داد كه هم‌بستگي منفي بين اندازه‌ي خاكدانه و پايداري خاكدانه به‌ازاي جرم خاكدانه در روش الك تر (0/95-=r)، الك خشك (0/88-=r) و آزمون قطرهي آب (0/88-=r) وجود دارد. اگرچه خاكدانه‌هاي درشت نسبت به خاكدانه‌هاي كوچك، پايداري بيش‌تري در برابر تنش‌هاي خارجي مانند ضربه‌ي مكانيكي، خيس شدن در آب و ضربه‌ي قطرهي آب دارند اما پايداري آن‌ها نسبت به جرم خود، كم‌تر از خاكدانه‌هاي كوچك مي‌باشد. بر خلاف انتظار، هدررفت خاك هر كلاس اندازه‌ي خاكدانه با افزايش پايداري خاكدانه اندازه‌گيري شده با روش‌هاي خشك، الك تر و آزمون قطرهي آب افزايش يافت در صورتي‌كه هدررفت خاك با افزايش پايداري خاكدانهي تعيين شده در اين سه روش به‌ازاي جرم خاكدانه كاهش يافت.
نتيجه‌گيري: اين پژوهش نشان داد كه شاخص‌هاي MWDwet ، MWDdry و WDT، شاخص‌هايي مناسب براي ارزيابي پايداري اندازههاي خاكدانه در يك خاك در برابر فرسايش بين‌شياري نيستند؛ بلكه پايداري خاكدانهي تعيين شده در اين سه روش به‌ازاي جرم خاكدانه مفهومي بهتر براي ارزيابي حساسيّت اندازههاي خاكدانه به فرسايش بين‌شياري هستند. در اين ميان، MWDwet-m، به‌عنوان مناسب‌ترين شاخص در اين زمينه است.
چكيده لاتين :
Background and objectives: Soil aggregate stability is an important physical indicator of the soil’s susceptibility to water erosion. Aggregate stability can vary, depending on the aggregate size. Some methods including the dry-sieving, wet-sieving and water-drop test were currently used to evaluate the stability of aggregates in the worldwide. Mean weight diameter of stable aggregates was used for the dry-sieving and wet-siewing method. In the water-drop test, aggregate stability is evaluated using the number of water drops needed for disrupting the aggregates. These indices are used to evaluate the soil structural stability for given size of aggregates. However, there are different sizes of aggregates in the soil. So, application of these indices may cause some errors in evaluating the soil’s susceptibility to water erosion processes. Therefore, this study was conducted to develop a proper aggregate stability for different aggregate sizes in view point of interrill erosion in a semi-arid soil sample.
Materials and Methods: Four aggregate size classes including < 2, 2-4, 4-8, 8-11 mm were collected from an agricultural soil with texture of clay loam in west of Zanjan, north west of Iran. A-600 kg aggregate sample was taken from 0-30 cm surface soil with about 10 m3 in volume for each aggregate sizes by sieving the aggregates in the field. The aggregate samples were packed to the erosion plots with 120 cm × 130 cm in dimensions installed in a 9% uniform slope. A total of twelve plots were investigated using the randomized complete block design for four aggregate size classes with three replications. The plots were exposed to seven simulated rainfalls with 70 mm h-1 in intensity for 30-min with 7-day interval. Soil loss resulted by interrill erosion from each aggregate size was determined during each rainfall simulation. The stability of each aggregate size against mechanical impact (MWDdry), wetting force (MWDwet) and rainderop impact (WDT) was determined using the dry-sieving, wet-sieving and water-drop test methods for each aggregate size class, respectively. Additionally, the aggregate stability per aggregate mass were computed and defined as MWDwet-m, MWDdry-m and WDTm, respectively. Beside this, other physicochemical properties including particle size distribution, gravel, bulk density, saturated hydraulic conductivity, organic carbon and calcium carbonate were determined using the conventional methods in the lab.
Results: Based on the results, significant positive correlations were found between the aggregate size and the stability of aggregates determined using the methods of dry-sieving (r= 0.99), wet-sieving (r= 0.89) and water-drop-test (r= 0.93). The aggregate stability determined using all methods increased with an increase in the aggregate size. Newetheless, evaluating the aggregate stability per aggregate mass indicated that negative correlations existe between the aggregate size and MWDwet-m (r= -0.95), MWDdry-m, (r= -0.88) and WDTm (r= -0.88). Although the coarse aggregates rather than smaller aggregates are resitant against external stresses such as mechanical impacts, wetting force and rainderop impact but their stability per their mass is small. Contrary to our expectation, soil loss by interrill erosion of each aggregate size classes increased with increasing the aggregate stability determined using the dry-sieving, wet-sieving and water-drop-test methods whereas it decreased with increasing the aggregate stability determined using these methods on the basis of the aggregate mass.
Conclusion: This study revealed that MWDwet, MWDdry and WDT are not the proper indices to evaluate the stability of aggregate size with the view point of its resistance to interrill erosion. The aggregate stability determined in these methods per aggregate mas is a new approch to evaluate the susceptibility of various aggregate sizes of a soil to interrill erosion. Among these indices, MWDwet-m is the best indicator in this field.
